Makalah
Oleh
Tia Miftahul Khoiriyah
(1201912)
Syifa Nuripah (1200076)
PROGRAM STUDI FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA
FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
BANDUNG
2014
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar
Belakang
Peristiwa yang
terjadi di kehidupan yang kompleks, menuntut perkembangan pada ilmu fisika.
Fisika pun berkembang dari fisika klasik hingga sekarang fisika modern
(kuantum) seiring dengan peristiwa yang ditemukan dan diteliti. Efek
fotolistrik merupakan salah satu pemicu kelahiran fisika modern yang menarik
perhatian para peneliti.
Efek fotolistrik ditemukan oleh
Hertz pada tahun 1887 dan telah dikaji oleh Lenard pada tahun 1900. Gejala efek
fotolistrik ini dapat dijelaskan dengan baik oleh Einstein pada tahun 1905
dengan mengembangkan hipotesis Max Planck mengenai kuantisasi energi bahwa kuantisasi
energi merupakan sifat dasar energi gelombang elektromagnetik atau dengan kata
lain cahaya dipancarkan oleh materi dalam bentuk paket-paket energi
yang disebut kuanta dengan perumusan sebagai berikut E=hv. Albert
Einstein mengembangkannya sehingga menemukan bahwa cahaya terdiri dari partikel-partikel yang kemudian disebut
sebagai foton. Ketika cahaya ditembakkan ke suatu permukaan logam,
foton-fotonnya akan menumbuk elektron-elektron pada permukaan logam tersebut
sehingga elektron itu dapat lepas. Peristiwa lepasnya elektron dari permukaan
logam itu dalam fisika disebut sebagai efek fotolistrik. Hal ini lah yang
membuat penulis tertarik untuk memahami bagaimana terjadinya peristiwa efek
fotolistrik ini dengan menuangkannya dalam sebuah makalah yang berjudul “Efek
Fotolistrik II”.
1.2
Rumusan
Masalah
Dari latar belakang di atas,
rumusan masalah yang dirumuskan penulis adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana
fenomena terjadinya efek fotolistrik?
2. Bagaimana
cara menentukan konstanta Planck?
1.3
Tujuan
Adapun tujuan dari eksperimen ini yaitu
:
1.
Memahami fenomena efek fotolistrik
2.
Menentukan konstanta Planck
1.4
Manfaat
Adapaun manfaat dari eksperimen ini
yaitu :
1.
Dengan memahami fenomena efek
fotolistrik, kita dapat mengetahui perbedaan pandangan antara fisika klasik dan
fisika modern mengenai cahaya
2.
Dengan konstanta Planck, kita dapat menghitung
besarnya fungsi kerja suatu bahan yang berguna untuk mengetahui jenis bahan
logam apa yang digunakan
BAB II
DASAR TEORI
Efek
fotolistrik adalah peristiwa lepasnya
elektron dari permukaan logam pada saat permukaan logam tersebut
disinari cahaya (foton) yang memiliki energi lebih besar dari energi ambang
(fungsi kerja) logam. Elektron yang terlepas pada peristiwa efek fotolistrik
tersebut dinamakan elektron foto (photo electron).
Pada tahun1905, Einstein merumuskan
teori kuantum cahaya tentang effek fotolistrik. Teori itu dirumuskannya karena
terdorong untuk menerangkan efek fotolistrik yang telah diamati orang pada
waktu itu. Teori kuantum cahayanya yaitu sangat erat kaitannya dengan hipotesa Planck
tentang terkuantisasinya energi osilator pada permukaan benda hitam sempurna.
Hal ini merupakan penyempurnaan konsep yang dikemukakan oleh Max Planck.
Pendapat yang dikemukakan Einstein adalah
Suatu
berkas cahaya terdiri dari paket-paket energi berharga diskrit dengan
sifta-sifat sebagai berikut:
1.
Paket energi
merambat dengan kecepatan cahaya c, tetapi berbeda dengan gelombang, energi ini
tidak menyebar dalam ruang dan tetap menempati volume yang sangat terbatas
dalam ruang.
2.
Energi paket
terkait dengan frekuensi secara linier: E = hn
3.
Dalam proses
fotolistrik sebuah paket menyerahkan energi seluruhnya pada elektron, dan
elektron itu kemudian meninggalkan logam.
Hipotesa kuantum cahaya sesungguhnya hanya meliputi point
1 dan 2, sedangkan point 3 lebih khusus terkait dengan efek fotolistrik. Jadi
point-point di atas merupakan hipotesa tentang
kuantum cahaya dan sekaligus hipotesa tentang efek foto listrik yang baru
dibuktikan tahun 1909 oleh Millikan melalui eksperimen efek foto listrik.
Laju pancaran
elektron diukur sebagai arus listrik pada rangkaian luar dengan menggunakan
sebuah ampheremeter, sedangkan energi kinetiknya ditentukan dengan mengenakan
suatu potensial perlambat (retarding potential) pada anoda sehingga elektron
tidak mempunyai energi yang cukup untuk melewati potensial penghalang yang
terpasang. Secara eksperimen, tegangan
perlambatan terus diperbesar sehingga pembacaan arus pada amperemeter menuju ke
nol. Tegangan ini disebut potensial pemberhenti (Stopping Potential) V0, karena elektron yang berenergi
tinggi tidak dapat melewati potensial henti ini, maka ukuran V0
merupakan suatu cara untuk menentukan energi kinetik maksimum elektron Ekmaks.
Dari
berbagai percobaan tersebut, kita pelajari fakta-fakta terperinci efek fotolistrik
sebagai berikut :
1.
Potensial
pemberhenti (Stopping Potensial) Vo
untuk bahan anoda tertentu tidak bergantung dari intenistas cahaya yang
menyinari bahan anoda.
2.
Potensial
pemberhenti Vo bergantung dari frekuensi n dari cahaya yang menyinari anoda. Dalam gambar di bawah
ini lengkung iG terhadap Vo dibuat untuk keadaan dengan anoda yang
sama, dan 3 frekuensi yang berlainan.
3.
Untuk satu macam
bahan anoda, lengkung potensial pemberhenti Vo sebagai fungsi-fungsi frekuensi n cahaya, merupakan garis yang lurus ternyata ada satu frekuensi potong n (cut-off frequency),
yang menjadi batas efek fotolistrik. Artinya berkas cahaya dengan frekuensi di
bawah harga no
tidak akan menghasilkan efek fotolistrik berapapun intensitasnya.
Setiap logam memiliki harga n, juga memiliki Wo tersendiri. Sehingga Wo adalah harga
minimum energi yang harus dimiliki elektron untuk melepaskan diri dari
permukaan logam. Selanjutnya Wo dinamakan fungsi kerja logam. Harga Wo ini pun
kadang-kadang dinyatakan dalam bentuk beda potensial f, dimana f = Wo/e, dimana e adalah muatan elektron. Satuan f adalah Volt, dan W dalam joule atau elektron Volt (eV).
Dengan demikian hipotesa Einstein menghasilkan hubungan
kekekalan energi
Hal ini dapat menerangkan secara konseptual fakta-fakta
eksperimental tentang efek fotolistrik.
Dari ungkapan
Jelas bahwa Ek atau V0 hanya bergantung dari
frekuensi dan bukan dari intensitas cahaya.
Efek
fotolistrik terjadi dengan syarat sebagai berikut :
1.
Panjang gelombang ambang sinar (datang) > panjang
gelombang bahan
2.
Frekuensi sinar (
) > frekuensi ambang bahan (
)
3.
Energi foton sinar (E) >energi ambang bahan (Wo)
Pandangan fisika klasik yang memandang cahaya
sebagai gelombang dengan teorinya yaitu teori gelombang cahaya gagal
menerangkan beberapa sifat penting pada efek fotolistrik, hal tersebuat
dikarenakan antara lain:
1. Teori gelombang menyatakan bahwa energi kinetik elektron foton
harus bertambah jika intensitas (jumlah foton) cahaya diperbesar.
2. Teori gelombang menyatakan bahwa efek fotolistrik dapat terjadi
pada setiap frekuensi asalkan intensitasnya memenuhi.
3. Teori
gelombang menyatakan bahwa dibutuhkan rentang waktu yang cukup lama agar
elektron berhasil mengumpulkan energi untuk keluar dari permukaan logam.
4. Teori gelombang tidak dapat menjelaskan mengapa energi kinetik
maksimum elektron foto bertambah jika frekuensi cahaya diperbesar.
Beberapa
hal yang perlu diperhatikan berkaitan dengan efek fotolistrik adalah :
1. Elektron
akan segera terlepas, tanpa perlu waktu tunda
2. Penambahan
intensitas dari cahaya akan menambah jumlah elektron yang terlepas, tetapi
tidak menambah besar energi kinetik
3. Cahaya
merah tidak akan menyebabkan keluarnya elektron, berapapun besar intensitasnya.
4. Cahaya
violet (ungu) yang lemah akan mengeluarkan sedikit elektron, tetapi besar
energi kinetik maksimum akan bertambah dibandingkan untuk intensitas cahaya
yang panjang gelombannya lebih besar.
Dari hasil
eksperimen diperoleh bahwa energi yang dilepaskan elektron akan sebanding
dengan frekuensi sinar yang datang. Hal ini sesuai dengan hipothesis Planck,
bahwa radiasi benda hitam hanya terjadi dalam paket-paket energi.